Quadrocopters kasta, fånga och balansera en inverterad pendel

Anonim

Quadrocopters kasta, fånga och balansera en inverterad pendel

Robotics

Jason Falconer

26 februari 2013

6 bilder

En quadrocopterrobot balanserar en pol medan en andra robot väntar på att fånga den

Uppenbarligen balanserade en pol på toppen av en flygande quadrocopterrobot inte tillräckligt för forskarna vid ETH Zürichs institut för dynamiska system och kontroll. Deras senaste projekt har två quadrocopters som spelar fångst med en precariously balanced pole - den första roboten lanserar polen i luften, medan den andra roboten förflyttar sig på plats på mindre än en sekund för att fånga den när den faller. Den otroliga precisionsflygningen som uppnåtts av laget kan ses i en video efter pausen.

Arbetet, med titeln "Quadrocopter Pole Acrobatics", gjordes av Dario Brescianini som en del av hans examensarbete under överinseende av Markus Hehn och Raffaello D Andrea på ETH Zürichs Flying Machine Arena - ett speciellt lab utformat speciellt för testa avancerade flygande manövrar med fyrhjulingar. Vi har täckt några av laboratoriens arbete innan, bland annat ett exempel där tre fyrhjulingar kopplade till ett nät använde det för att starta och ta en boll, vilket vi tyckte var ganska imponerande ... tills vi såg det här.

De började med en 2D matematisk modell som beskrev hur en quadrocopter skulle behöva flyga (inklusive dess hastighet och bana) för att starta en pol som balanserade in i luften. De testade sedan modellens noggrannhet på den fysiska roboten, inklusive hur den luftburna pendeln faktiskt rör sig. De fann att polens dragegenskaper ändras beroende på dess orientering, och så utvecklade en statlig uppskattare för att redogöra för det.

Projektets grunder inkluderar 12 cm (4, 7 tum) skivor kopplade till varje robot (som fungerar som balanseringsplattformar) och tillsats av ballonger fyllda med mjöl i vardera änden av pendeln för att fungera som enkla stötdämpare (du kan se en explodera vid 94 sekunder i videon nedan). Dessa mindre förändringar gör jobbet lite enklare, men minskar inte demonstrationens wow-faktor.

"Det här projektet var väldigt intressant eftersom det kombinerade olika områden av aktuell forskning och många komplexa frågor måste besvaras: Hur kan polen lanseras av quadrocopteren? Var ska det fångas och - ännu viktigare - när? Vad händer vid påverkan "Brescianini berättade RoboHub. "Den största utmaningen att få systemet att springa var den fångande delen. Vi försökte fånga olika manövrer, men ingen av dem fungerade förrän vi introducerade en inlärningsalgoritm, som anpassar parametrarna för fångstbanan för att eliminera systematiska fel. "

För att framgångsrikt placera fångroboten utvecklade laget en snabb banagenerator som kunde uppskatta den exakta fångstpositionen på mindre än 0, 65 sekunder - den korta tiden det tar slutför hela rörelsen. Tidiga provningar hämmades av luftkollisioner mellan polen och quadrocopterns känsliga propellrar, vilket resulterade i tidskrävande reparationer och omkalibrering mellan experiment.

"Som det visade sig är det förmodligen den mest utmanande uppgiften vi har haft våra fyrhjulingar, " tillade Hehn. "Med betydligt mindre än en sekund för att mäta pendelvägen och få fångstfordonet på plats, är det kombinationen av matematiska modeller med realtidsbanagenerering, optimal kontroll och lärande från tidigare iterationer som gjorde det möjligt för oss att implementera detta."

Det kan inte vara den mest praktiska applikationen för flygrobotar, men vi vet inte vad dessa typer av system kan göra om vi inte sätter dem på provet.

Källa: Flying Machine Arena via RoboHub

En quadrocopterrobot balanserar en pol medan en andra robot väntar på att fånga den

En quadrocopterrobot lanserar en pol i luften medan en andra robot flyttar in i position för att fånga den

En quadrocopter rör sig perfekt i position och fångar fallstången exakt när den nivåer ut

Quadrocopter robotar balansera, kasta och fånga en stolpe på ETH Zürichs Flying Machine Arena

Forskare vid ETH Zürichs institut för dynamiska system och kontroll utvecklade matematiska modeller för att förutsäga exakt hur robotarna skulle behöva flyga för att dra av prestationen

Quadrocopterrobotarna var utrustade med en 12 cm / 4, 7 tums platta för att balansera polen